水平定向螺旋钻机.pdf

本发明涉及水平定向螺旋钻机。机架包括架体，架体前后两端安装固定支腿在，左右两侧安装可调支撑，架体两侧设有两条导轨，给进机构通过导轨支撑并可沿导轨滑动；给进机构中，给进油缸的缸体尾端与前顶架固定连接，活塞杆端与后支撑铰接；所述顶架体包括前挡板、后挡板、侧板、底板和滑动导杆，动力头通过滑座连接在顶架体中的滑动导杆上，动力头与浮动油缸一端连接，浮动油缸另一端与顶架体铰接；导正支托机构安装在架体前端，导正支托机构用于给钻具提供导正及支托。本发明结构设计合理，顶管扩孔同步进行，无须泥浆水循环，工作效率及施工精度极高，能够大大降低施工成本，缩短施工周期，保障管道的铺设成功率。

1.  水平定向螺旋钻机，包括机架、给进机构、动力头、导正支托机构和配套的动力站，其特征在于：
所述机架包括架体（1）、固定支腿（2）、可调支撑（3）和导轨（4），所述固定支腿（2）安装在架体（1）的前后两端，固定支腿（2）用于顶靠工作坑的前后侧面；所述可调支撑（3）安装在架体（1）的左右两侧，可调支撑（3）用于支撑在工作坑的底面；所述架体（1）两侧设有两条相互平行的导轨（4），所述给进机构通过导轨（4）支撑并可沿导轨（4）滑动；
所述给进机构包括前顶架（5）、后支撑（6）和给进油缸（7），所述给进油缸（7）的缸体尾端与前顶架（5）固定连接，给进油缸（7）的活塞杆端与后支撑（6）铰接；所述前顶架（5）包括顶架体（5a），在顶架体（5a）两侧安装有支撑滑动组件，所述支撑滑动组件与所述机架上的导轨（4）配合，使顶架体（5a）支撑在导轨（4）上并能沿着导轨（4）滑动；所述后支撑（6）包括后支撑架（6a），在后支撑架（6a）两侧安装有支撑锁紧组件，所述支撑锁紧组件与所述机架上的导轨（4）配合，使后支撑架（6a）支撑在导轨（4）上并能锁紧固定；
所述顶架体（5a）包括前挡板（5a1）、后挡板（5a2）、侧板（5a3）、底板（5a4）和滑动导杆（5a5），所述前挡板（5a1）与后挡板（5a2）通过侧板（5a3）和底板（5a4）固定连接，所述滑动导杆（5a5）穿于前挡板（5a1）和后挡板（5a2）上的对应安装孔内并用螺母锁紧；所述动力头侧部安装有滑座（13），所述滑座（13）装配在滑动导杆（5a5）上；所述动力头与浮动油缸（12）一端连接，所述浮动油缸（12）另一端与顶架体（5a）铰接；
所述导正支托机构安装在架体（1）前端，导正支托机构用于给钻具提供导正及支托。

2.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述动力头包括回转马达（8）、回转减速机（9）、浮动油缸（12）、齿轮箱（10）和主轴接头（11），所述回转马达（8）与回转减速机（9）连接，所述回转减速机（9）的输出轴与齿轮箱（10）的输入轴连接，所述齿轮箱（10）的输出轴连接主轴接头（11），所述主轴接头（11）用于连接钻具。

3.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述支撑滑动组件包括滚轮（5b）、内侧耐磨板（5c）、下侧耐磨板（5d）和下固定座（5e），所述滚轮（5b）通过轴承支承安装在轮轴上，所述轮轴固定在顶架体（5a）的侧板（5a3）上，滚轮（5b）支撑在导轨（4）的上表面上；所述内侧耐磨板（5c）用沉头螺钉固定在顶架体（5a）的侧板（5a3）上，内侧耐磨板（5c）外侧面与导轨（4）的内侧面相互贴靠并构成滑动配合；所述下侧耐磨板（5d）用沉头螺钉固定在下固定座（5e）的顶部，所述下固定座（5e）固定在顶架体（5a）的侧板（5a3）上，所述下侧耐磨板（5d）上表面与导轨（4）的上表面相互贴靠并构成滑动配合。

4.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述支撑滑动组件还包括顶管盘（5f），所述顶管盘（5f）安装在顶架体（5a）上。

5.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述支撑锁紧组件包括油缸座（6b）、伸缩油缸（6c）、伸缩销轴（6d）、上耐磨板（6e）、下耐磨板（6f）和下固定板（6g），所述油缸座（6b）固定于后支撑架（6a）上，所述伸缩油缸（6c）的缸体尾端通过销轴铰接于油缸座（6b）上，伸缩油缸（6c）的活塞杆端与伸缩销轴（6d）铰连，油缸的活塞杆伸缩带动伸缩销轴（6d）在后支撑架（6a）内伸缩运动，实现后支撑（6）与架体（1）的锁死与松开；所述上耐磨板（6e）用沉头螺钉固定在后支撑架（6a）侧部，上耐磨板（6e）下表面与导轨（4）的上表面相互贴靠并构成滑动配合；所述下耐磨板（6f）用沉头螺钉固定在下固定板（6g）的顶部，所述下固定板（6g）固定在后支撑架（6a）侧部，所述下耐磨板（6f）上表面与导轨（4）的上表面相互贴靠并构成滑动配合。

6.  如权利要求5所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述伸缩销轴（6d）上设置有指示标志（6h），所述指示标志（6h）伸出在后支撑架（6a）之外，指示标志（6h）可使操作人员直观的观察到伸缩销轴（6d）的运动位置情况。

7.  如权利要求5所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述伸缩油缸（6c）的活塞杆端设有球头，所述伸缩销轴（6d）上设有球窝，所述球头置于球窝内用法兰板封住。

8.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述导正支托机构包括导正内套（14）、导正外套（15）、导正轮（16）和可调拉杆（17），所述导正内套（14）上端的导向孔圈中安装用于导正钻具的导正轮（16），导正内套（14）下部插装在导正外套（15）中并可伸缩滑动，所述导正外套（15）安装固定在架体（1）上，所述导正内套（14）与导正外套（15）之间通过可调拉杆（17）连接，可调拉杆（17）用于带动导正内套（14）在导正外套（15）内上下滑动。

9.  如权利要求1所述的水平定向螺旋钻机，其特征在于：所述导正支托机构包括固定座（18），所述固定座（18）固定在机架上，在固定座（18）上安装有两套结构相同、对称布置的支托组件，每套支托组件包括支臂（19）、托轮（20）和可调拉杆（17），所述支臂（19）下端铰连在固定座（18）上，支臂（19）上端铰连托轮（20），所述可调拉杆（17）设置在支臂（19）后方，可调拉杆（17）下端铰连在固定座（18）上，可调拉杆（17）上端铰连在托轮（20）上。

水平定向螺旋钻机
技术领域
本发明涉及非开挖铺管设备，具体地说是一种水平定向螺旋钻机，属于工程机械设备技术领域。
背景技术
水平定向钻机是指在不开挖地表表面的条件下，铺设多种地下公用设施（管道、电缆等）的一种施工机械。其主要用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及在闹市区、文物保护区、农作物和植被保护区等不易开挖的条件下，进行供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油、污水排放等管线的铺设或更新。随着国家对环境治理的大力提倡，各种先进环保口号的提出，环境、灾害治理工程的上马以及高效率施工要求，传统非开挖定向铺管钻机通过一遍一遍的回扩导向孔至管线要求后，再回拉管线的工艺已不能满足现如今快速发展的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种水平定向螺旋钻机，其结构合理，顶管扩孔同步进行，无须泥浆水循环，工作效率及施工精度极高，能够大大降低施工成本，缩短施工周期，保障管道的铺设成功率，做到了高效、节能、环保。
按照本发明提供的技术方案：水平定向螺旋钻机，包括机架、给进机构、动力头、导正支托机构和配套的动力站，其特征在于：
所述机架包括架体、固定支腿、可调支撑和导轨，所述固定支腿安装在架体的前后两端，固定支腿用于顶靠工作坑的前后侧面；所述可调支撑安装在架体的左右两侧，可调支撑用于支撑在工作坑的底面；所述架体两侧设有两条相互平行的导轨，所述给进机构通过导轨支撑并可沿导轨滑动；
所述给进机构包括前顶架、后支撑和给进油缸，所述给进油缸的缸体尾端与前顶架用螺丝固定连接，给进油缸的活塞杆端通过销轴与后支撑铰接；所述前顶架包括顶架体，在顶架体两侧安装有支撑滑动组件，所述支撑滑动组件与所述机架上的导轨配合，使顶架体支撑在导轨上并能沿着导轨滑动；所述后支撑包括后支撑架，在后支撑架两侧安装有支撑锁紧组件，所述支撑锁紧组件与所述机架上的导轨配合，使后支撑架支撑在导轨上并能锁紧固定；
所述顶架体包括前挡板、后挡板、侧板、底板和滑动导杆，所述前挡板与后挡板通过侧板和底板固定连接，所述滑动导杆穿于前挡板和后挡板上的对应安装孔内并用螺母锁紧；所述动力头侧部安装有滑座，所述滑座装配在滑动导杆上；所述动力头与浮动油缸一端连接，所述浮动油缸另一端与顶架体铰接；
所述导正支托机构安装在架体前端，导正支托机构用于给钻具提供导正及支托。
作为本发明的进一步改进所述动力头包括回转马达、回转减速机、浮动油缸、齿轮箱和主轴接头，所述回转马达与回转减速机连接，所述回转减速机的输出轴与齿轮箱的输入轴连接，所述齿轮箱的输出轴连接主轴接头，所述主轴接头用于连接钻具。
作为本发明的进一步改进所述支撑滑动组件包括滚轮、内侧耐磨板、下侧耐磨板和下固定座，所述滚轮通过轴承支承安装在轮轴上，所述轮轴固定在顶架体的侧板上，滚轮支撑在导轨的上表面上；所述内侧耐磨板用沉头螺钉固定在顶架体的侧板上，内侧耐磨板外侧面与导轨的内侧面相互贴靠并构成滑动配合；所述下侧耐磨板用沉头螺钉固定在下固定座的顶部，所述下固定座用螺钉固定在顶架体的侧板上，所述下侧耐磨板上表面与导轨的上表面相互贴靠并构成滑动配合。
作为本发明的进一步改进所述支撑滑动组件还包括顶管盘，所述顶管盘安装在顶架体上。
作为本发明的进一步改进所述支撑锁紧组件包括油缸座、伸缩油缸、伸缩销轴、上耐磨板、下耐磨板和下固定板，所述油缸座用螺丝固定于后支撑架上，所述伸缩油缸的缸体尾端通过销轴铰接于油缸座上，伸缩油缸的活塞杆端与伸缩销轴铰连，油缸的活塞杆伸缩带动伸缩销轴在后支撑架内伸缩运动，实现后支撑与架体的锁死与松开；所述上耐磨板用沉头螺钉固定在后支撑架侧部，上耐磨板下表面与导轨的上表面相互贴靠并构成滑动配合；所述下耐磨板用沉头螺钉固定在下固定板的顶部，所述下固定板用螺钉固定在后支撑架侧部，所述下耐磨板上表面与导轨的上表面相互贴靠并构成滑动配合。
作为本发明的进一步改进所述伸缩销轴上设置有指示标志，所述指示标志伸出在后支撑架之外，指示标志可使操作人员直观的观察到伸缩销轴的运动位置情况。
作为本发明的进一步改进所述伸缩油缸的活塞杆端设有球头，所述伸缩销轴上设有球窝，所述球头置于球窝内用法兰板封住。
作为本发明的进一步改进所述导正支托机构包括导正内套、导正外套、导正轮和可调拉杆，所述导正内套上端的导向孔圈中安装用于导正钻具的导正轮，导正内套下部插装在导正外套中并可伸缩滑动，所述导正外套用螺丝安装固定在架体上，所述导正内套与导正外套之间通过可调拉杆连接，可调拉杆用于带动导正内套在导正外套内上下滑动。
作为本发明的进一步改进所述导正支托机构包括固定座，所述固定座固定在机架上，在固定座上安装有两套结构相同、对称布置的支托组件，每套支托组件包括支臂、托轮和可调拉杆，所述支臂下端铰连在固定座上，支臂上端铰连托轮，所述可调拉杆设置在支臂后方，可调拉杆下端铰连在固定座上，可调拉杆上端铰连在托轮上。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明结构设计合理，顶管扩孔同步进行，无须泥浆水循环，工作效率及施工精度极高，能够大大降低施工成本，缩短施工周期，保障管道的铺设成功率，做到了高效、节能、环保。
附图说明
图1为本发明实施例的结构主视图。
图2为本发明实施例在前顶架处的结构侧视图。
图3为本发明实施例在后支撑处的结构侧视图。
图4为另一种导正支托机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1~图3所示，实施例中的水平定向螺旋钻机主要由机架、给进机构、动力头、导正支托机构和配套的动力站几大部分组成。
如图1~图3所示，所述机架主要由架体1、固定支腿2、可调支撑3和导轨4组成，所述架体1采用型钢与板件焊接而成，整体刚度比较好，采用对称结构，便于加工制造；所述固定支腿2安装在架体1的前后两端，固定支腿2用于顶靠工作坑的前后侧面；所述可调支撑3安装在架体1的左右两侧，可调支撑3用于支撑在工作坑的底面；所述架体1两侧设有两条相互平行的导轨4，所述给进机构通过导轨4支撑并可沿导轨4滑动。所述导轨4内侧面上加工有两侧对称同心的腰型孔，使给进机构能够完成给进回拉的动作。
工作时，机架置于工作坑内，通过调节可调支撑3，使架体1达到施工时所需高度的并保持水平；通过调节固定支腿2，使固定支腿2的圆盘稳固顶靠住工作坑的前后侧面，从而使整个机架稳固固定于工作坑内。
如图1~图3所示，所述给进机构主要由前顶架5、后支撑6和给进油缸7组成，给进油缸7的缸体尾端与前顶架5用螺丝固定连接，给进油缸7的活塞杆端通过销轴与后支撑6铰接。
如图1~图3所示，所述前顶架5包括顶架体5a，所述顶架体5a包括前挡板5a1、后挡板5a2、侧板5a3、底板5a4和滑动导杆5a5，所述前挡板5a1与后挡板5a2通过侧板5a3和底板5a4固定连接，所述滑动导杆5a5穿于前挡板5a1和后挡板5a2上的对应安装孔内并用螺母锁紧；所述顶架体5a两侧安装有支撑滑动组件，所述支撑滑动组件与所述机架上的导轨4配合，使顶架体5a支撑在导轨4上并能沿着导轨4滑动。本发明实施例中，所述支撑滑动组件主要由滚轮5b、内侧耐磨板5c、下侧耐磨板5d和下固定座5e组成，所述滚轮5b通过轴承支承安装在轮轴上，所述轮轴固定在顶架体5a的侧板5a3上，滚轮5b支撑在导轨4的上表面上；所述内侧耐磨板5c用沉头螺钉固定在顶架体5a的侧板5a3上，内侧耐磨板5c外侧面与导轨4的内侧面相互贴靠并构成滑动配合；所述下侧耐磨板5d用沉头螺钉固定在下固定座5e的顶部，所述下固定座5e用螺钉固定在顶架体5a的侧板5a3上，所述下侧耐磨板5d上表面与导轨4的上表面相互贴靠并构成滑动配合。
如图1~图3所示，所述后支撑6包括后支撑架6a，在后支撑架6a两侧安装有支撑锁紧组件，所述支撑锁紧组件与所述机架上的导轨4配合，使后支撑架6a支撑在导轨4上并能锁紧固定。本发明实施例中，所述支撑锁紧组件主要由油缸座6b、伸缩油缸6c、伸缩销轴6d、上耐磨板6e、下耐磨板6f和下固定板6g组成，所述油缸座6b用螺丝固定于后支撑架6a上，所述伸缩油缸6c的缸体尾端通过销轴铰接于油缸座6b上，伸缩油缸6c的活塞杆端与伸缩销轴6d铰连，油缸的活塞杆伸缩带动伸缩销轴6d在后支撑架6a内伸缩运动，实现后支撑6与架体1的锁死与松开；所述上耐磨板6e用沉头螺钉固定在后支撑架6a侧部，上耐磨板6e下表面与导轨4的上表面相互贴靠并构成滑动配合；所述下耐磨板6f用沉头螺钉固定在下固定板6g的顶部，所述下固定板6g用螺钉固定在后支撑架6a侧部，所述下耐磨板6f上表面与导轨4的上表面相互贴靠并构成滑动配合。另外，所述伸缩销轴6d上设置有指示标志6h，所述指示标志6h伸出在后支撑架6a之外，指示标志6h可使操作人员直观的观察到伸缩销轴6d的运动位置情况。
本实施例中，伸缩油缸6c的活塞杆端与伸缩销轴6d铰连的方式如下：所述伸缩油缸6c的活塞杆端设有球头，所述伸缩销轴6d上设有球窝，所述球头置于球窝内用法兰板封住。
工作时，当后支撑6锁死于架体1时，给进油缸7的活塞杆伸缩带动前顶架5前进与回拉；当后支撑6与架体1松开时，给进油缸7的活塞杆伸缩带动后支撑6前移或后移，实现行程阶的更换，从而实现了给进回拉动作。
如图1所示，所述动力头采用整体封闭齿轮箱10体式结构，动力头主要由回转马达8、回转减速机9、齿轮箱10和主轴接头11组成，所述回转马达8与回转减速机9连接，所述回转减速机9的输出轴与齿轮箱10的输入轴连接，所述齿轮箱10的输出轴连接主轴接头11，所述主轴接头11用于连接钻具。所述齿轮箱10侧部安装有滑座13，所述滑座13装配在滑动导杆5a5上；所述浮动油缸12的缸体中部设有法兰盘，所述法兰盘用螺丝固定连接在齿轮箱10上，浮动油缸12的活塞杆端用销轴与顶架体5a上的前挡板5a1铰接。
工作时，回转马达8的高速旋转通过回转减速机9减速后传递到齿轮箱10，由齿轮箱10内的齿轮将旋转扭矩传递到主轴接头11，主轴接头11带动钻具旋转，提供施工所需的旋转力。浮动油缸12的活塞杆伸缩带动动力头以顶架体5a中的滑动导杆5a5为轨道在顶架体5a的前挡板5a1和后挡板5a2之间来回滑动，实现动力头的浮动。
如图1~图3所示，本发明实施例中，所述导正支托机构安装在架体1前端，导正支托机构用于给钻具提供导正及支托。本发明实施例中，所述导正支托机构主要由导正内套14、导正外套15、导正轮16和可调拉杆17组成，所述导正内套14上端的导向孔圈中安装用于导正钻具的导正轮16，导正内套14下部插装在导正外套15中并可伸缩滑动，所述导正外套15用螺丝安装固定在架体1的前侧底梁固定板上，所述导正内套14与导正外套15之间通过可调拉杆17连接，可调拉杆17用于带动导正内套14在导正外套15内上下滑动，从而可以调节导正支托机构中导正轮16的中心高度，使其与机器中心高度一样，避免导向钻杆在施工过程由自重产生下沉，保证施工精度。所述导正外套15由方管和固定安装板焊接而成，
上述的导正支托机构所适用的钻具是由导向钻杆和导向钻头组成，导向钻杆前端连接导向钻头，导向钻杆后端与动力头中的主轴接头11连接，所述导向钻杆至少有一根，相邻导向钻杆之间的连接方式为八方连接并采用弹性开口销固定，方便安装、拆卸；导向钻头连接在导向钻杆最前端。工作时，导向钻杆后端穿过导正轮16，动力头带动导向钻杆旋转，安装在导向钻杆上的导向钻头随之旋转。所述导向钻头内部安装有LED发光源，光源为导向方位提供参考依据。
上述的导正支托机构只适用于由导向钻杆和导向钻头组成的钻具，对于另一种由导向钻杆、导向钻头、挤扩头、螺旋钻杆和工作管组成的钻具来说，上述的导正支托机构不再适用。
为了适用另一种由导向钻杆、导向钻头、挤扩头、螺旋钻杆和工作管组成的钻具，本发明还公开了另一种导正支托机构，其结构如图所示，该导正支托机构包括固定座18，所述固定座18固定在机架上，在固定座18上安装有两套结构相同、对称布置的支托组件，每套支托组件包括支臂19、托轮20和可调拉杆17，所述支臂19下端铰连在固定座18上，支臂19上端铰连托轮20，所述可调拉杆17设置在支臂19后方，可调拉杆17下端铰连在固定座18上，可调拉杆17上端铰连在托轮20上。
工作时，导向钻杆前端连接导向钻头，导向钻杆后端通过连接挤扩头；所述螺旋钻杆由公接头、母接头、杆体和螺旋叶片组成，螺旋钻杆的母接头与挤扩头连接，螺旋钻杆的公接头与主轴接头11连接，螺旋叶片焊接在钻杆上，螺旋叶片与工作管之间的空间为运输通道，挤扩头切削下的土通过螺旋叶片输出到管口处；所述工作管通过托轮20支托，通过调节可调拉杆17可以改变支臂19的角度，从而改变支托高度，避免了顶管过程中因工作管自重而产生的下沉现象，保证顶管精度。为与此种钻具相配，所述前顶架5上还需增设一个顶管盘5f，该顶管盘5f与工作管连接配合。
所述动力站为整套设备的动力源，可以采用常规设备，本发明实施例中，动力站是由柴油发动机﹑液压油泵﹑液压油箱﹑柴油箱及一些液压附件组成，柴油发动机采用美国进口的康明斯品牌，动力强劲；液压油泵采用国外进口产品，质量好、功能安全可靠，配备独立有线控制盒，操作简便、安全可靠。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。